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半导体级石英

(2023-03-11 21:25:49)
矿物提纯法对提纯工艺和原矿质量要求甚高。一方面,高纯石英砂所需要的优质 石英矿石相对稀缺。石英矿石中杂质的存在形式与含量决定了后期的提纯工艺, 也间接决定了石英砂的纯度上限。一般认为,能够加工提纯至 3N 级以上石英砂的 高纯石英矿需达到 98.8%的 SiO2 纯度,截止 2019 年,全球范围内查明的高纯石英 矿在 7287 万吨左右,主要分布于巴西、北米等地,米国 Spruce Pine 白岗岩石英矿 更是凭借矿体规模大、流体杂质少、品质稳定等优点成为高端石英砂主要出产地; 我国资源储量约 685 万吨,占比仅 9.4%(vs.我国产量占比 19.2%;vs.消费量占比 31.3%),且均为中小型矿区,优质矿石资源相对稀缺。

另一方面,高纯石英砂提纯工艺复杂,具备较高的技术壁垒。在高纯石英砂制备 过程中,企业需根据原矿品位、杂质成分、应用特点等设计提纯流程,如 Na、K、 Li 等碱金属与石英制品热稳定性密切相关,而 Cr、Cu、Fe 等过渡金属元素将显著 影响石英制品的导电性。4N 级以上高纯砂制备工艺目前仅掌握在美国矽比科(尤 尼明)、挪威 TQC、中国石英股份等少数公司手中,技术壁垒极高。
我国已基本实现 4N 级石英砂的国产化,但高端品供给能力有所欠缺。美国矽比科 (尤尼明)和挪威 TQC 占据着品质极高的 Spruce Pine 石英矿,并掌握有最为先进 的提纯工艺,基本垄断了石英砂高端市场;矽比科的 IOTA-STANDARD 级石英砂 更是全球公认的高纯砂标杆。我国目前已经实现 4N 级以下石英砂的稳定供应,但 仅有石英股份能够达到 IOTA-STANDARD 水准,且产品质量较矽比科、TQC 等存 在差距。据联合国统计司,2019 年我国 3N 级以上石英砂产量 23.7 万吨,占比 19.2%;4N 级以上石英砂产量仅 1.36 万吨,占比 3.2%。
市场供求平衡偏紧,一方面反应为高纯砂价格迅速上涨。据中国粉体网,光伏级 石英坩埚进口砂已由 2022 年 5 月 5.5 万元/吨上涨至 12 月 10 万元/吨,参考石英股 份采购数据,优质石英原矿价格同样呈上涨趋势。随光伏用砂价格高企,或逐渐 逼近半导体级石英砂价位,短期或将挤占半导体市场供应。另一方面反应为国产 砂使用比例明显提升。通过拆分欧晶科技用砂结构,国产砂占比已由 2019 年 0.76% 迅速提升至 2021 年 57.89%。2022 年供给紧缺背景下,坩埚制造商对国产砂的接 受度或将进一步提高;但若国产砂纯度未能精进,则国产砂用量提升需以石英坩 埚工作时长下降为代价。
供给缺口的修复在总量层面依赖于石英股份顺利释放产能。风险在于:由于 国内优质石英矿资源较少,石英股份主要通过长期框架协议采购巴西、非洲、印 度等地矿石,后续产能顺利扩张以优质石英矿石的稳定供应为前提。在结构层面 依赖于国产砂向石英坩埚内层使用场景渗透。风险在于:(1)国产砂纯度较进口 砂存在差距,需关注提纯工艺突破;(2)下游厂商对国产砂石英坩埚的接受度。
半导体级石英市场高度依赖进口。原因在于:(1)产业链前端具备高资源壁垒。 石英矿石环节,国内优质石英矿石储量小,企业以海外进口为主;石英砂环节, 矽比科、TQC 基本形成市场垄断,我国仅石英股份具备半导体级石英砂量产能力, 且仅用于自产石英管棒。(2)石英材料与制品环节具备高技术壁垒。由于石英制 品是制造半导体的关键耗材,对产品质量影响较大,所以石英厂商只有通过 TEL、 AMAT、LAM 等半导体设备商认证才可进入供应链系统,如全球通过 TEL 认证的 石英厂商目前仅 6 家,技术壁垒极高。据中国粉体网,贺利氏、迈图、东曹三大外合计市占率超 60%,国内厂商供应份额仅 10%,国产化潜力较大。石英行业进口量价起伏较大,倒逼国产化进程持续推进。向后展望,石英股份、 凯盛科技、菲利华等企业逐步向产业链前端延伸。(1)石英股份陆续取得 TEL 与 LAM 扩散、刻蚀环节产品认证,顺利进入主流半导体厂商供应体系,产能建设正 在快速跟进;2022 年 10 月,公司公告拟投建年产 15 万吨半导体级高纯石英砂项 目,计划于 2025 年投产。(2)凯盛科技在建有高纯二氧化硅项目,该产线采用化 学合成工艺,预期产品纯度可达 6N~7N 级,计划于 2023 年下半年建成投产。(3) 菲利华为保障公司供应链安全性,投建年产 2 万吨高纯石英砂产线,一期工程将于 2023 年实现投产,推测在建石英砂项目纯度或达半导体级。

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